Vicerrectorado de INVESTIGACION
FACULTAD DE INGENIERÍA GEOGRÁFICA, AMBIENTAL Y ECOTURISMO
“PROPUESTA METODOLÓGICA PARA EL LEVANTAMIENTO DE LÍNEA DE MÁS ALTA MAREA EMPLEANDO UN VEHÍCULO AÉREO NO TRIPULADO EN
LA PLAYA CURAYACU – SAN BARTOLO - LIMA.”
TESIS PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE INGENIERO GEÓGRAFO
AUTORA
WILLY ANDERSON CÓRDOVA PONTE
ASESOR
DR. CESAR JORGE ARGUEDAS MADRID
JURADO
ING. WALTER BENJAMIN ZUÑIGA DIAZ MG. CARMEN LUZ VENTURA BARRERA
MG. GLADYS ROJAS LEÓN
ING. DANTE PEDRO SANCHEZ CARRERA
LIMA - PERU 2019
DEDICATORIA
A Dios por permitirme llegar hasta este momento tan importante de mi formación profesional.
A mis padres Grocio Córdova y Graciela Ponte; por su amor, trabajo y sacrificio en todos estos años. A mi hermana Gianina Córdova por ser mi ejemplo y guía. A mi novia Adelia Sulca por su amor y comprensión.
A mis amigos y todas las personas que me han apoyado y han hecho que el trabajo se realice con éxito, en especial a aquellos que me abrieron las puertas y compartieron sus conocimientos.
AGRADECIMIENTO
A la Universidad Nacional Federico Villarreal, cuyo equipo docente es parte importante de mi formación profesional, resumida en la elaboración del presente trabajo.
A mi asesor el Doc. César Jorge Arguedas Madrid, por compartir sus conocimientos y su gran apoyo en todo el tiempo dedicado para llevar a cabo esta investigación.
De igual manera agradecer a mis docentes informantes Ing. Gladys Rojas León, Mg. Carmen Ventura Barrera, Ing. Walter Zúñiga Díaz, Ing. Dante Sánchez Carrera; por compartir sus conocimientos, paciencia y dedicación.
iv ÍNDICE
RESUMEN... xv
ABSTRACTS ... xvii
I. INTRODUCCIÓN ... 1
1.1. DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ... 3
1.1.1. Descripción del problema ... 3
1.1.2. Formulación del problema ... 4
1.1.2.1. Problema principal ... 4 1.1.2.2. Problemas secundarios ... 4 1.2. ANTECEDENTES ... 4 1.3. OBJETIVOS ... 9 1.3.1. Objetivo general ... 9 1.3.2. Objetivo especifico ... 9 1.4. JUSTIFICACIÓN ... 9 1.4.1. Justificación ... 9 1.5. HIPÓTESIS ... 9
II. MARCO TEÓRICO ... 11
2.1. BASES TEÓRICAS SOBRE EL TEMA DE INVESTIGACIÓN ... 11
2.1.1. Geodesia ... 11
2.1.1.1. Definición ... 11
v
2.1.1.3. Red Geodesia Horizontal Oficial ... 13
2.1.1.4. Elipsoide Geodésico de Referencia ... 15
2.1.2. Topografía ... 16 2.1.2.1. Definición ... 16 2.1.2.2. Clases de errores ... 17 2.1.2.3. Escala ... 19 2.1.3. Mareas ... 21 2.1.3.1. Definición ... 21 2.1.3.2. El ciclo de la marea ... 22
2.1.3.3. Mareas vivas, mareas muertas... 24
2.1.3.4. Mareógrafo ... 26
2.1.3.5. Nivelación y vinculación de las mediciones de mareas ... 28
2.1.3.6. Planos de referencia mareográficos ... 30
2.1.3.7. Amplitud de la marea ... 33
2.1.4. Fotogrametría ... 34
2.1.4.1. Concepto ... 34
2.1.4.2. Divisiones de la Fotogrametría ... 36
2.1.4.3. Elementos fundamentales en fotogrametría ... 38
2.1.4.4. Ventajas y desventajas de la Fotogrametría respecto a la topografía clásica………..41
2.1.4.5. La medición en el proceso fotogramétrico digital ... 41
vi
2.1.5.1. Concepto ... 42
2.1.5.2. Características de la imagen digital ... 44
2.1.5.3. Pixeles ... 46
2.1.5.4. Imagen Vectorial ... 48
2.1.5.5. Imágenes Raw ... 49
2.1.5.6. Imágenes DGN ... 50
2.1.5.7. Imágenes JPG ... 50
2.1.6. Vehículos Aéreos No Tripulados ... 51
2.1.6.1. Concepto ... 51
2.1.6.2. La revolución de los Drones ... 53
2.1.6.3. Clasificación de los UAV ... 54
2.1.6.4. Aplicaciones ... 56
2.1.6.5. Desafíos ... 56
2.1.7. Definición y términos Básicos ... 57
2.1.8. Siglas y Acronicos ... 64
III. MÉTODOS ... 65
3.1. TIPO DE INVESTIGACIÓN ... 65
3.2. NIVEL DE LA INVESTIGACIÓN ... 65
3.3. ÁMBITO TEMPORAL Y ESPACIAL ... 66
3.3.1. Descripción del área de estudio ... 66
vii
3.2.1.2. Descripción morfológica del área de estudio ... 67
3.2.1.3. Vías de acceso ... 68 3.2.1.4. Limites ... 70 3.4. ASPECTO FÍSICO ... 71 3.4.1. Clima ... 71 3.4.2. Temperatura ... 71 3.4.3. Viento ... 74 3.4.4. Topografía ... 76 3.5. VARIABLES ... 76 3.5.1. Variable Independientes ... 76 3.5.2. Variable Dependiente ... 77 3.6. POBLACIÓN Y MUESTRA ... 77 3.6.1. Población ... 77 3.6.2. Muestra ... 77 3.7. INSTRUMENTOS ... 77 3.7.1. Materiales ... 77 3.7.2. Equipos ... 78 3.7.3. Personal ... 84 3.7.4. Sofwares utilizados ... 85 3.8. PROCEDIMIENTOS ... 88
3.8.1. Levantamiento de la línea de más alta marea empleando el método tradicional………. ... 89
viii
3.8.1.1. Levantamiento Geodésico. ... 89
3.8.1.2. Determinación del nivel de marea ... 90
3.8.1.3. Levantamiento Topográfico ... 90
3.8.1.4. Trabajo de gabinete ... 91
3.8.2. Levantamiento de la línea de más alta marea empleando el método propuesto93 3.8.2.1. Levantamiento Geodésico. ... 93
3.8.2.2. Determinación del nivel de marea ... 94
3.8.2.3. Levantamiento Fotogramétrico ... 95 3.8.2.4. Trabajo de gabinete ... 98 3.9. ANÁLISIS DE DATOS ... 108 IV. RESULTADOS ... 109 4.1. LEVANTAMIENTO TRADICIONAL ... 109 4.1.1. Levantamiento Geodésico. ... 109 4.1.2. Nivel de Marea ... 110 4.1.3. Levantamiento Topográfico ... 114
4.1.4. Costo por levantamiento de LAM ... 116
4.2. METODOLOGÍA PROPUESTA ... 117
4.2.1. Levantamiento Geodésico. ... 117
4.2.2. Nivel de Marea ... 119
4.2.3. Determinación de la línea de alta marera (LAM) ... 123
ix
4.2.4.1. Costo por levantamiento de LAM ... 130
4.2.4.2. Comparación de resultados de la metodología tradicional con la metodología propuesta... 132
4.2.4.3. Comparación de precisión espacial ... 132
4.3. ANÁLISIS DE COMPARACIÓN DE COSTOS ... 136
4.4. ANÁLISIS DE COMPARACIÓN DE CRONOGRAMA ... 137
V. DISCUSIÓN DE RESULTADOS ... 139
VI. CONCLUSIONES ... 141
VII. RECOMENDACIONES ... 143
VII. REFERENCIAS ... 144
x ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Tamaño mínimo y elementos detectado con un instrumento de restitución ... 39
Tabla 2. Profundidad de color ... 46
Tabla 3. Imagen JPG ... 50
Tabla 4. Vehículos aéreos no tripulados ... 52
Tabla 5. Clasificación de los UAV por sus capacidades de vuelo ... 55
Tabla 6 Vias locales del distrito de San Bartolo ... 69
Tabla 7 Variable Independiente ... 76
Tabla 8 Variable Dependiente ... 77
Tabla 9 Software utilizados ... 85
Tabla 10 Levantamiento con GPS de acuerdo a su clasificación ... 109
Tabla 11 Tabla de lista de puntos procesados ... 110
Tabla 12 Informe de Procesamiento de líneas base ... 110
Tabla 13 Ajuste de Control Vertical ... 113
Tabla 14 Costo del personal del método directo ... 116
Tabla 15 Costo de los Equipos método directo ... 116
Tabla 16 Costo de los Materiales método directo ... 116
Tabla 17 Costo de Transporte método directo ... 117
Tabla 18 Costo de la Habitabilidad método directo ... 117
Tabla 19 Levantamiento con GPS de acuerdo a su clasificación ... 118
Tabla 20 Tabla de lista de puntos procesados ... 119
Tabla 21 Informe de Procesamiento de líneas base ... 119
Tabla 22 Ajuste de Control Vertical ... 122
Tabla 23 Costo del personal método indirecto ... 130
xi
Tabla 25 Costo de los materiales método indirecto ... 131
Tabla 26 Costo del transporte método indirecto ... 131
Tabla 27 Costo de la habitabilidad método indirecto ... 131
Tabla 28 Coordenadas de los puntos de control (Sin corrección) ... 132
Tabla 29 Coordenadas de los puntos de control (Corregidos) ... 134
ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Escala matemática ... 19
Figura 2. Escala Gráfica ... 20
Figura 3. La marea ... 22
Figura 4. El ciclo de la Marea ... 23
Figura 5. Mareas Vivas y muertas ... 26
Figura 6 Tipos de mareógrafos: flotador, presion y radar ... 27
Figura 7. Esquema de ubicación de una Red de BMs de una Estación Mareográfica. ... 29
Figura 8. Esquema de nivelación de la Red de BMs ... 30
Figura 9. Esquema representativo de los niveles de referencia mareográficos ... 32
Figura 10. Registro mareográfico de 3 días, donde se puede apreciar las principales características de las mareas del litoral peruano ... 34
Figura 11. Restituidor Analógico ... 37
Figura 12. Restituidor Analítico ... 37
Figura 13. Restituidor Digital ... 38
Figura 14. Relación entre la escala de la fotografía y de la cartografía ... 39
Figura 15 Relación entre escala fotográfica y altura de vuelo ... 40
Figura 16. Altitud de Vuelo sobre el nivel del mar ... 40
xii
Figura 18. Imagen Digital en RGB ... 44
Figura 19. GSD ... 45
Figura 20. Tamaño de Imagen 100 x67 ... 46
Figura 21. Tamaño de Imagen 497x334 ... 47
Figura 22. Calidad de imagen con menor número de píxeles ... 47
Figura 23. UAVs de (a) Ala fija y (b) Hélice. ... 51
Figura 24. Clasificación de UAVs por el tipo de Aeronave y Despegue del equipo. ... 54
Figura 25. Aplicaciones UAV ... 56
Figura 26 Ubicación ... 66
Figura 27 Limites distritales ... 70
Figura 28 Temperatura máxima y mínima promedio ... 72
Figura 29 Categorías de nubosidad ... 73
Figura 30 Horas de Luz natural y crepusculo ... 74
Figura 31 Velocidad promedio del viento ... 75
Figura 32 Dirección del viento ... 75
Figura 33 Estación Total Leica TCR 403 ... 78
Figura 34 GPS Geodésicos Marca Topcon Modelo HIPER II ... 79
Figura 35 Trípode de Madera Leica GST40 ... 80
Figura 36 Wincha Marca STANLEY ... 81
Figura 37 Prisma de auscultación GPR 112 ... 81
Figura 38 Bastón Telescópico – GLS11 ... 82
Figura 39 Radio motorola T400... 82
Figura 40 Cámara digital LUMIX DMC- SZ10 ... 83
Figura 41 Drone RPAS Phantom 4 Pro ... 84
xiii
Figura 43 Double Grid Mission ... 95
Figura 44 Selección del área de interés ... 96
Figura 45 Configuración de la UAV... 97
Figura 46 Añadir fotos... 99
Figura 47 Orientación de Fotos ... 100
Figura 48 Crear puntos de nubes densa ... 102
Figura 49 Georreferenciar imagen ... 103
Figura 50 Crear Malla ... 104
Figura 51 Crear textura ... 105
Figura 52 Crear Ortomosaico ... 106
Figura 53 Generar curvas de nivel ... 106
Figura 54 Exportar ortomosaico ... 108
Figura 55 Datum o cota de la Línea de Mas Alta Marea ... 111
Figura 56 Mareograma del puerto del callao ... 112
Figura 57 Tiempo del levantamiento de información con el método Tradicional ... 115
Figura 58 Datum o cota de la Línea de Mas Alta Marea ... 120
Figura 59 Mareograma del puerto del callao ... 121
Figura 60 Posición de cámaras y solapamiento de imágenes ... 125
Figura 61 Modelo digital de elevaciones. ... 126
Figura 62 Parámetros de procesamiento ... 128
Figura 63 Tiempo del levantamiento de información mediante el UAV (Indirecto) ... 129
Figura 64 Comparación de gastos ... 136
xiv ÍNDICE DE MAPAS
Mapa 1 Ubicación de la playa Curayacu – San Bartolo – Lima ... ¡Error! Marcador no definido.
Mapa 2 Línea de Más alta Marea ... ¡Error! Marcador no definido. Mapa 3 Puntos de Validación ... ¡Error! Marcador no definido. Plano 4 Plano de Determinación de LAM ... ¡Error! Marcador no definido.
xv RESUMEN
La presente investigación fue desarrollada frente a la necesidad de determinar la línea de más alta marea empleando una propuesta metodológica que resulte ser más eficiente y sin perder la precisión espacial requerida; la hipótesis se basa en reemplazar el levantamiento topográfico directo mediante una estación total por un levantamiento topográfico indirecto, mediante un Vehículo Aéreo no Tripulado – UAV; por ello se tomó como muestra la playa Curayacu, ubicada en el distrito de San Bartolo – Lima - Lima.
El levantamiento de la línea de más alta marea tradicional se fundamenta en las ciencias de la topografía, geodesia y oceanografía; puesto que la línea de más alta marea resulta ser una curva de nivel generada a partir de coordenadas arbitrarias levantadas y corregidas por la geodesia; del mismo modo, las alturas son corregidas tomando como referencia las mareas contempladas en la ciencia de la oceanografía.
La información de mareas fue obtenida de la Tabla del Mareas para el Puerto del Callao, elaborada por la Dirección de Hidrografía y Navegación de la Marina de Guerra del Perú. El puerto del Callao es la zona más cercana al área de estudio encontrándose aproximadamente a 50 km. de distancia de la playa Curayacu – San Bartolo - Lima. El valor de la cota para la línea de más Alta Marea (LAM) en el área de estudio es de 1.45 metros respecto al nivel medio de bajamares y sicigias ordinarias. Las mareas que se presentan en la zona de estudio son predominantes del tipo mixta preponderantemente semidiurna, es decir dos pleamares y dos bajamares durante un día marea) (24 horas 50 minutos).
Se efectuó un reconocimiento previo de la playa y área adyacente para conocer las características geomorfológicas del lugar, ubicación de los puntos de apoyo geodésico necesarios para el establecimiento de la Línea de Mas Alta Marea (LAM) y posterior
xvi materialización mediante la señalización de los hitos, los que corresponden al Norte y Sur de la línea de hasta 50 metros paralela a la LAM. Se realizaron observaciones y mediciones de nivel medio del mar con una regla referida a un “cero” arbitrario durante un rango de marea, a fin de comparar la amplitud y hora de marea observada y la pronosticada, estableciéndose diferencia no significativa.
Palabra Clave: Línea de más alta marea, nivel medio de bajamares y sicigias ordinarias, Tabla de Mareas, vehículo aéreo no tripulado, rango de marea, pleamares y geomorfología.
xvii ABSTRACTS
The present investigation was developed against the need to determine the highest tide line using a methodological proposal that turns out to be more efficient and without losing the required spatial precision; the hypothesis is based on replacing the direct topographic survey by means of a total station by an indirect topographic survey, by means of an Unmanned Aerial Vehicle - UAV; Therefore, the Curayacu beach, located in the district of San Bartolo - Lima - Lima, was taken as a sample.
The lifting of the highest traditional tide line is based on the sciences of topography, geodesy and oceanography; since the highest tide line turns out to be a level curve generated from arbitrary coordinates raised and corrected by geodesy; in the same way, heights are corrected taking as reference the tides contemplated in the science of oceanography.
The tide information was obtained from the Tides Table of the Callao's port, published by the Directorate of Hydrography and Navigation of the Peru's Navy. The Callao port is the nearest to the study area, being approximately 50 km. away from Curayacu beach - San Bartolo - Lima. The High Tide Line (LAM), in the study area, is 1.45 meters compared to the average level of low water and ordinary sicigias. The tides that occur in the study area are predominantly mixed, preponderantly semidiurnal, that is to say two high tides and two low tides during a tide day (24 hours 50 minutes).
A previous reconnaissance of the beach and adjacent area was made, to know the geomorphological characteristics of the place and location of the horizontal control points, necessary for the establishment of the High Tide Line (LAM) and subsequent landmarks, those corresponding to the North and South of the line of up to 50 meters parallel to the LAM. Observations and measurements of tide level were made with a rule referring to an arbitrary
xviii "zero" during a tidal range, in order to compare the amplitude and hour of tide observed and predicted, establishing a non-significant difference.
Keyword: Highest tide line, average level of low water and ordinary syzygies, Tide Table, unmanned aerial vehicle, tidal range, high tides and geomorphologic.
1
I. INTRODUCCIÓN
La presente investigación tiene como principal propósito de evaluar la eficiencia, costo y precisión de un levantamiento de la Línea de Más Alta Marea mediante un vehículo aéreo no tripulado en la playa Curayacu – San Bartolo - Lima. Las zonas de playa cuentan con una Línea de Más Alta Marea – LAM sobre la cual se conoce su valor de cota establecido de acuerdo al registro de mareogramas instalados en cada puerto, mismos valores que se encuentran publicados por la Dirección de Hidrografía y Navegación – DHN; no obstante, no es conocido in situ la delimitación de la LAM debido a que el proceso tradicional demanda tiempo y costo tanto en las brigadas como en equipos.
El datum o cota de Línea de Más Alta Marea, está referida al Nivel Medio de Bajamares de Sicigias Ordinarias (NMBSO), cuyos valores han sido calculados en base a la data histórica de las Estaciones Mareográficas de la Dirección de Hidrografía y Navegación instalados a lo largo de nuestra costa, dicha información incluye un ciclo nodal lunar (19 años).
Es a partir de la Línea de Más Alta Marea que establecen los limites jurisdiccionales entre la Autoridad Marítima nacional y los administrados colindantes a la franja ribereña, los cuales pueden ser: la Superintendencia de Bienes Nacionales, Gobiernos Regionales, Gobiernos Locales o Terceros propietarios.
En la presente investigación se desarrolla los siguientes problemas: ¿Es el levantamiento de Línea de Más Alta Marea con UAV una metodología factible?, ¿La metodología propuesta demandaría un menor costo y tiempo en la determinación de Línea de Más Alta Marea? y ¿La metodología propuesta no disminuye la precisión espacial en la determinación de Línea de Más Alta Marea?, así como también los objetivos: Evaluar la eficiencia, costo y precisión de un levantamiento de la Línea de Más Alta Marea mediante un vehículo aéreo no tripulado en la playa Curayacu – San Bartolo – Lima como una propuesta
2 metodológica, Determinar costo y tiempo que implica la determinación de Línea de Más Alta Marea empleando un vehículo aéreo no tripulado y Determinar el nivel de precisión espacial obtenida de la determinación de Línea de Más Alta Marea mediante un vehículo aéreo no tripulado.
En el Capítulo 1: Se establece los aspectos metodológicos, como los antecedentes, el planteamiento del problema, los objetivos, la definición de las variables, la justificación y la importancia de desarrollar y proponer una metodología que resulte encontrarse dentro del alcance de precisión y a su vez ser eficiente tanto en costos como en tiempo.
En el Capítulo 2: Se especificó el marco teórico, donde se define las variables independiente y dependiente, como las bases teóricas de la Geodesia, Topografía, Oceanografía, Fotogrametría, Imagen fotográfica digital y vehículos aéreos no tripulados; los cuales son esenciales comprender y conocer a fin de validar la propuesta metodológica.
En el capítulo 3: Se desarrolla lo concerniente de los equipos, materiales, software utilizados, métodos y procedimientos ejecutados en ambos métodos, tradicional y propuesto, para posteriormente poder validar y comparar los resultados y respaldar la hipótesis como aceptable.
En el Capítulo 4: Se describe y analizan los resultados obtenidos en cada etapa del procedimiento descrito, para la línea de más alta marea obtenida, tanto para el método tradicional como el método propuesto.
En el capítulo 5: Se discuten los de resultados de como evaluar la eficiencia, costo y precisión de un levantamiento de la Línea de Más Alta Marea mediante un vehículo aéreo no tripulado en la playa Curayacu – San Bartolo – Lima.
3 En el capítulo 6: Se establecen las conclusiones del análisis efectuado a ambos métodos, y se determina la factibilidad de la propuesta metodológica para el levantamiento de línea de más alta marea.
En el capítulo 7: Se señalan las referencias que brindaron conceptos y conocimientos positivos a la presente investigación referida al levantamiento de la línea de más alta marea.
1.1. DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 1.1.1. Descripción del problema
A nivel internacional, la línea de más alta marea es reconocida y aplicada para la determinación jurisdiccional del territorio marítimo, tal es el caso de Chile, el cual según el artículo 594 del Código Civil define Playa del Mar como “La extensión de tierra que las olas bañan y desocupan alternativamente hasta donde llegan en las más altas mareas”. Por otra parte, el artículo 1°, N° 30, del Decreto Supremo N° 002, de 03 de enero de 2005, establece como playa de mar como: “Extensión de tierra que las olas bañan y desocupan alternativamente hasta donde llegan en las más altas mareas”. Por tanto, es el Servicio Hidrografico y Oceanográfico de la Armada – SHOA, mediante su publicación SHOA PUB.3104 4° Edición 2009 con actualización 12 de agosto del 2015, la cual establece “Instrucciones para la Determinación de la Playa y Terreno de Playa en la Costa del Litoral y en la Ribera de Lagos y Ríos”.
Por otra parte, Colombia según el Decreto Ley 2324 de 1984, es la Dirección General Marítima – DIMAR, la encargada de velar y determinar la jurisdicción marítima de Colombia, por tanto, establecen una serie de parámetros dentro de los cuales según su publicación “Determinación de la Jurisdicción de DIMAR” de fecha lunes,03 de octubre del 2005 – actualizado el jueves 17 de marzo del 2011, reconoce como uno de los parámetros a la “Línea de más alta marea”
4 En el territorio nacional del Perú, las zonas de playa cuentan con una Línea de Más Alta Marea – LAM sobre la cual se conoce su valor de cota establecido de acuerdo al registro de mareogramas instalados en cada puerto, mismos valores que se encuentran publicados por la Dirección de Hidrografía y Navegación – DHN; no obstante, no es conocido in situ la delimitación de la LAM debido a que el proceso tradicional demanda tiempo y costo tanto en las brigadas como en equipos.
1.1.2. Formulación del problema 1.1.2.1. Problema principal
¿La determinación de Línea de Más Alta Marea empleando un Vehículo Aéreo no
Tripulado podrá ser una propuesta metodológica?
1.1.2.2. Problemas secundarios
¿La propuesta metodológica demandaría un menor costo y tiempo en contraste con el
método tradicional?
¿La propuesta metodológica no disminuye la precisión espacial en contraste con el
método tradicional? 1.2. ANTECEDENTES
En el trabajo se tiene como antecedentes, las presentes investigaciones:
Vásquez J. y Backhoff M. Desarrollaron su trabajo de investigación en el Instituto Mexicano del Transporte, titulado “Procesamiento geo- informático de datos generales mediante drones para la gestión de infraestructura del Transporte”, en el presente estudio se revisan aspectos acerca de los drones, los sensores y los datos que se generan a través de su uso. También se mencionan cuáles son los aspectos necesarios para poder aplicar esta tecnología. Se realiza un acercamiento a varios programas que actualmente se utilizan para el proceso de los datos levantados en campo mediante un dron y se muestra el uso del software
5 más utilizado para tal fin. Se muestran visores de datos con funciones básicas y software especializado en el proceso de datos. En primer lugar, conviene indicar que es más relevante el sensor utilizado que el dron seleccionado para hacer el levantamiento, así como tener una idea clara y objetivos bien definidos sobre lo que se pretende obtener con las fotografías tomadas, así como con los productos resultantes de procesarlas
Sani; J. En su trabajo de titulación en la Universidad de las Fuerzas Armadas, titulado “Vehículos aéreos no tripulados UAV para la elaboración de cartografía escalas grandes referidas al marco de referencia sirgas – Ecuador” que cuenta con el objetivo de generar y validar información espacial para ortofotos y Modelo Digital de Superficie (MDS) a escalas grandes obtenidos mediante UAVs, enlazadas al marco de referencia nacional. En lo que después se concluye, que el análisis y validación de los mosaicos ortorectificados, resultantes de la toma de fotografía aérea con el UAV de la marca TRIMBLE modelo UX5, se obtuvo imágenes ajustadas al marco de referencia SIRGAS-ECUADOR época 2014.0, capaces de generar cartografía en escalas grandes. La escala de trabajo máxima para el mosaico ajustado automáticamente es 1/6000; pues en la validación se observó una precisión media en las componentes de la coordenada Este de 0,605 m y Norte de 0,593 m y una distancia entre la posición real de cada punto y la obtenida sobre el mosaico de 0,933 m cumpliendo la tolerancia de 1,2 m que exige la normativa.
Paolini J. (2013) En su trabajo de titulación en la Universidad Politécnica de Catalunya, titulado “Una propuesta metodológica para la modelación y prospección de la sostenibilidad de las cuencas hidrográficas en la Guayana Venezolana”, se realizó una investigación que tiene como objetivo realizar un estudio sistémico para la modelación y prospección de la sostenibilidad en cuencas hidrográficas de la Guayana Venezolana. Cuando se desea determinar la sostenibilidad en un sistema socio-ecológico se han de buscar los investigadores que apoyados en las disciplinas y en las relaciones interdisciplinares describan y analicen los
6 aspectos que dan cuenta de la sostenibilidad en tales sistemas. Las disciplinas proveen de conceptos, hipótesis y observables para cualificar/cuantificar la sostenibilidad.
Una red conceptual es un constructo que organiza y articula de modo coherente y concílienle los elementos que nos permiten observar la sostenibilidad. La riqueza de elementos conceptuales y observables que se integre a la red conceptual dependerá de la ‘capacidad sistémica’ y ‘sensibilidad teórica’ que posea el equipo de investigadores. Estas habilidades permitirán la detección de las diversas facetas que presente la situación que se ha de analizar y modelizar.
Por otro lado, Martínez J. (2013) En su trabajo de titulación en la Universidad de Cantabria, titulada “Evolución de la Línea de Costa a partir del equilibrio dinámico del perfil de playa”, donde se realizó la investigación con el objetivo general de desarrollar un modelo de evolución de la línea de costa debido al transporte transversal de sedimentos a lo largo del perfil, tendente al equilibrio y aplicable al medio plazo que permita, por un lado, evaluar los movimientos de la línea de costa minimizando el número de parámetros libres del modelo y, por otro lado, que permita desarrollar los conceptos de memoria de la playa y de energía del oleaje precedente ponderada, asociados a procesos transversales de transporte de sedimentos a lo largo del perfil de playa. En la presente tesis se ha obtenido esta correlación analíticamente, m0b=F(x∞), mediante la denominada curva de energía de equilibrio de la playa, cuya forma se ha determinado mediante relaciones analíticas de la misma con las características físicas de la playa que permanecen constantes aún bajo oleaje cambiante (invariantes del perfil de playa), a través de un modelo estático de perfil de equilibrio basado en el perfil biparabólico de Bernabeu (1999).
La investigación realizada por Tacca H. (2009) en la Universidad Nacional del Altiplano que tiene como título su presente investigación “Comparación de Resultados obtenidos de un levantamiento topográfico utilizando la fotogrametría con Drones al Método
7 Tradicional”, que tiene como objetivo Comparar los resultados del método drone y del software Pix4D Mapper, y el método directo, y también Determinar si las mediciones obtenidas a través de tomas aerofotográficas son similares a los obtenidos con una estación total, tanto en campo como en gabinete, en la costanera Callao – Lima. Los datos obtenidos en campo tomados con el drone Phantom 2 Visión + y las medidas obtenidas con la estación total, ambos equipos georreferenciados, tienen resultados muy similares, sin embargo, el primer método es el menos costoso por su versatilidad esto con un 95% de confianza. - Los cálculos de volúmenes y excavaciones con el uso de la fotogrametría y el drone Phantom 2 Visión +, se realiza en menor tiempo que con la estación total, además se requiere mucho menos personal que el método clásico. - Los costos realizados con el método indirecto es menor en comparación del método tradicional que es el uso de la estación total en la toma general de datos.
Coello A. y Ballesteros G. (2016) en su investigación realizada en la Universidad politécnica de Madrid, que tiene como título “Fotogrametría de UAV de ala fija y comparación con topografía clásica” cuenta con el objetivo de este proyecto es realizar un estudio comparativo utilizando dos procedimientos diferentes para la obtención de mapas y modelos digitales del terreno. Por un lado, realizando un levantamiento de una zona determinada mediante GPS y por otro lado mediante fotogrametría aérea utilizando un vehículo aéreo no tripulado. Lo cual se concluye, desde el punto de vista de la fotogrametría, encontramos en los vehículos aéreos no tripulados una nueva solución para la captura de imágenes aéreas y generación de productos topográficos. La ampliación de su uso en aplicaciones civiles, la integración de los mismos o la puesta en marcha de aplicaciones y basadas en su uso sigue en pleno desarrollo. Uno de los inconvenientes que encontramos en el uso de los UAS es la estructura legal que no ha alcanzado a la tecnología, ya que sigue a la espera de una legislación que regule su uso que se encontraba en un marco de alegalidad cuando se realizó el proyecto. A día de hoy se ha regularizado de forma significativa, aunque todavía quedan aspectos por
8 legislar. Durante la realización de este Proyecto Fin de Carrera, encontramos en el UX5 una potente herramienta para la realización de un levantamiento topográfico, así como para la generación de los productos obtenidos derivados de la fotogrametría como las ortofotos, sin necesidad de tener grandes conocimientos en el uso de los vehículos aéreos no tripulados y su correspondiente software.
Long, Millescamps, Guillot, Pouget y Bertin (2016) en su Artículo titulado “Monitoring the Topography of a Dynamie Tipal Inlet Using UAV Imagery”, En las actividades, los ambientes costeros pueden exhibir rápidos cambios morfológicos. Para mejorar el conocimiento. acerca de estos procesos, un primer paso es realizar levantamientos topográficos repetitivos. En particular, La morfología de los pequeños estuarios y entradas se desarrolla muy rápidamente y puede cambiar drásticamente dentro de solo varias semanas, Por lo tanto, a menudo se requieren datos precisos con una alta frecuencia temporal y varias soluciones han surgido en la última década. Las imágenes de satélite se utilizaron para delinear formas costeras y para demostrar sus cambios temporales [5–8]. Modelos Digitales de Superficie (DSM). También se puede generar a partir de imágenes trioestéreas, como se logró recientemente con las imágenes de Pleiades. La detección de luz y el rango (LiDAR) y la exploración láser terrestre (TLS) permiten la generación de DSM precisos en áreas costeras con una resolución espacial comparable. Sin embargo, la disponibilidad Las imágenes de satélite no están garantizadas en condiciones climáticas adversas, mientras que el alto costo de LiDAR y La adquisición de TLS puede limitar el número de campañas.
9 1.3. OBJETIVOS
1.3.1. Objetivo general
Evaluar el levantamiento de la Línea de Más Alta Marea mediante un vehículo aéreo
no tripulado en la playa Curayacu – San Bartolo – Lima, como una propuesta metodológica.
1.3.2. Objetivo especifico
Comparar costo y tiempo que implica la determinación de Línea de Más Alta Marea
entre el método tradicional y el método propuesto.
Comparar el nivel de precisión espacial obtenido del método tradicional y el método
propuesto.
1.4. JUSTIFICACIÓN 1.4.1. Justificación
A lo largo del litoral peruano, la gran mayoría de playas no cuentan con determinación de la Línea de Mas Alta Marea, motivo por el cual no es posible desarrollar una administración del territorio entre las autoridades competentes, así como los terceros propietarios de los predios colindantes a la franja ribereña.
La importancia será directa para las instituciones públicas las cuales podrán llevar a cabo una mejor gestión del territorio; así también, el sector privado se verá beneficiado desde el punto de vista administrativo y económico, ya que tendrán conocimiento de los limites jurisdiccionales, así como de la institución a la que deben dirigir sus trámites administrativos y/o legales.
1.5. HIPÓTESIS
Levantamiento de información mediante un vehículo aéreo no tripulado, resultará ser una metodología más eficiente, requerirá de un menor costo y tiempo; así también, el rango de
10 precisión espacial no se verá afectado en comparación con los resultados obtenidos por el método tradicional.
11 II. MARCO TEÓRICO
2.1. BASES TEÓRICAS SOBRE EL TEMA DE INVESTIGACIÓN 2.1.1. Geodesia
2.1.1.1. Definición
Para Ibáñez (2016) la Geodesia es la ciencia que estudia la forma y dimensiones de la Tierra. Esto incluye la determinación del campo gravitatorio externo de la tierra y la superficie del fondo oceánico. Dentro de esta definición, se incluye también la orientación y posición de la tierra en el espacio. Una parte fundamental de la geodesia es la determinación de la posición de puntos sobre la superficie terrestre mediante coordenadas (latitud, longitud, altura). La materialización de estos puntos sobre el terreno constituye las redes geodésicas, conformadas por una serie de puntos (vértices geodésicos o también señales de nivelación), con coordenadas que configuran la base de la cartografía de un país, por lo que también se dice que es "la infraestructura de las infraestructuras".
Desde los inicios de la humanidad, hace miles de años, se han utilizado diferentes símbolos para indicar localizaciones de los lugares de nuestro entorno. Posteriormente se necesitó representar zonas más extensas, y con simples indicaciones gráficas no era suficiente. Para hacer esta representación se tuvo que confeccionar mapas mejores. Y para hacer mapas mejores, que comprendieran territorios más extensos, se necesita una manera de identificar con una única dirección cualquier elemento sobre la superficie de la Tierra. Por este motivo, es necesario conocer la forma de la Tierra. Es decir, necesitamos la geodesia (Muñoz, 2007).
Otro de los autores como Mejía (2012) señala que es la ciencia que determina la posición exacta de los puntos terrestres, la forma y dimensiones de grandes pociones de la superficie terrestre o de toda la Tierra, así como, las variaciones de gravedad terrestre. La
12 Geodesia desde la antigüedad, es una ciencia que se ha dedicado al estudio de la medida y forma del Globo terráqueo, se ha utilizado para la elaboración de mapas o cartas.
La Geodesia suministra, con sus teorías y sus resultados de mediciones y cálculos, la referencia geométrica de la Tierra para las demás geociencias (geografía, edafología, climatología, hidrografía, entre otras), como también para a geoinformática, los Sistemas de Información Geográficos, el catastro, la planificación, las ingenierías de construcción, entro otras (Mejia, 2012).
Por lo que, Para Muñoz (2007) el objetivo de la geodesia, como veremos en profundidad en este apartado, es el estudio y determinación de la forma y dimensiones de la Tierra. Dado que este objetivo está íntimamente vinculado al proceso de determinación de posiciones de puntos sobre la superficie terrestre (georreferenciación), serán de especial interés para nosotros las implicaciones prácticas de esta ciencia.
Rama de la ciencia cuyo objetivo es determinar la Posición de Puntos sobre la Superficie de la Tierra y apoyados en ellos determinar la Forma y Dimensiones de una parte del terreno y/o de la Superficie de la Tierra, considerando la Curvatura de ella y a partir del cual proporcionar los Mapas Nacionales e Internacionales sobre los que se asienta el desarrollo de una nación (Santos , Buendía , Calla, & Cruz, 2009).
Los fundamentos físicos y matemáticos necesarios para su obtención, sitúan a la geodesia como una ciencia básica para otras disciplinas, como la topografía, fotogrametría, cartografía, ingeniería civil, navegación, sistemas de información geográfica, entre otras (Ministerio de Defensa, 2015).
13 2.1.1.2. Sistema de Geodesia oficial
Sistema conformado por la Red Geodésica Horizontal Oficial y la Red Geodésica Vertical Oficial, implementada y administrada por el Instituto Geográfico Nacional (IGN); constituye el sistema de referencia único a nivel nacional, el cual se encuentra integrado al Sistema de Referencia Mundial. Está materializado por puntos localizados dentro del ámbito del territorio nacional, mediante monumentos o marcas, que interconectados permiten la obtención conjunta o por separado de su posición geodésica (coordenadas), altura o del campo de gravedad, enlazado al sistema de referencia nacional (Ministerio de Defensa, 2015).
2.1.1.3. Red Geodesia Horizontal Oficial
Red Geodésica Peruana de Monitoreo Continuo – REGPMOC, la misma que tiene como base las Estaciones de Rastreo Permanente - ERP, sustentada en el Marco Internacional de Referencia Terrestre (ITRF) del Servicio Internacional de Rotación de la Tierra y Sistemas de Referencia, más conocido como International Earth Rotation Service (IERS) para la época y relacionado con el elipsoide del sistema de referencia geodésico.
La ERP está conformada por 55 estaciones instaladas en todo el litoral peruano con 24 horas de observancia.
La Ley N° 28294 “Ley que crea el Sistema Nacional Integrado de Catastro y su vinculación con el Registro de Predios”, tiene por finalidad el regular la integración y unificación de los estándares, nomenclatura y procesos técnicos de las diferentes entidades generadoras de catastro del país;
Que, el conjunto de Estaciones Rastreo Permanente que administra el Instituto Geográfico Nacional, constituyen la Red Geodésica Peruana de Monitoreo Continuo (REGPMOC), la cual proporciona la base de toda la información geoespacial que se levanta en el país, siendo esta la infraestructura que proporciona soporte a diferentes proyectos tales como
14 la construcción de la red vial, red hídrica, energía y minas, catastro urbano y rural, cartografía básica oficial, red de agua, desagüe, ordenamiento territorial, trabajos de investigación, entre otros, generando el beneficio de la región donde se encuentran instaladas;
Que, mediante Resolución Jefatural N° 0090 – 2016 /IGN/OAJ de fecha 01 de setiembre de 2016, se resolvió aprobar las características técnicas mínimas de los equipos geodésicos GNSS de infraestructura para la Red Geodésica Peruana de Monitoreo Continuo, la cual está constituida por todas las Estaciones de Rastreo Permanente que se encuentran enlazadas e integradas a la mencionada red;
Que, mediante documento del visto, el Ministerio de Justicia dispuso la implementación del Índice de las Estaciones de Rastreo Permanente y contenido mínimo de la base de datos estructurada, la cual estará a cargo del Instituto Geográfico Nacional;
Que, mediante Informe Técnico N° 027-2018/IGN/DC/DPG, el Jefe del Departamento de Procesamiento Geodésico del IGN, señala que en cumplimiento a la norma del visto, la estructuración dispuesta de la Estaciones de Rastreo Permanente ha sido verificada por el Departamento de Control de Calidad y el Departamento de Procesamiento Geodésico del Instituto Geográfico Nacional, encontrándose en condiciones de ser presentadas para su publicación correspondiente;
Que, de acuerdo a la Ley Nº 27292 “Ley del Instituto Geográfico Nacional” y su Reglamento aprobado mediante Decreto Supremo Nº 005 – DE/SG, la Ley N° 28294 “Ley que crea el Sistema Nacional Integrado de Catastro y su vinculación con el Registro de Predios” y su reglamento, el Decreto Supremo N° 005-2018-JUS, y en uso de las atribuciones conferidas por Resolución Suprema Nº 193-2017–DE/EP del 28 de diciembre de 2017; y,
15 Estando a lo propuesto por el señor Teniente Coronel Director de la Dirección de Cartografía del Instituto Geográfico Nacional. Así lo establece:
Artículo 1°. - La implementación del Índice de las Estaciones de Rastreo Permanente que constituye la Red Geodésica Peruana de Monitoreo Continuo (REGPMOC), la cual será administrada por el Instituto Geográfico Nacional y que como Anexo forma parte de la presente resolución.
Artículo 2°. - Disponer, la publicación de la presente resolución en el Diario Oficial “El Peruano”, y en el Portal Institucional del Instituto Geográfico Nacional. (Diario el Peruano, 2018)
2.1.1.4. Elipsoide Geodésico de Referencia
Elipsoide: GRS80 Geodetic Reference System 1980
Datum: Geocéntrico
Semi Eje Mayor: 6 378 137 metros
Semi Eje Menor: 6 356 752,31414 metros
Achatamiento: 1/298,257222101 Para efectos prácticos como elipsoide puede ser utilizado el World Geodesic System 1984 (WGS84), con los siguientes parámetros.
Elipsoide: WGS84 (World Geodesic System 1984)
Datum: Geocéntrico
Semi Eje Mayor: 6 378 137 metros
Semi Eje Menor: 6 356 752,31424 metros
16 Clave: WGS84 (IGN- Resolución Jefatural Nº 079-2006-IGN/OAJ/DGC - Proyecto de Normas Técnicas de Levantamientos Geodésicos– 2005) (Ministerio de Defensa, 2015)
2.1.2. Topografía 2.1.2.1. Definición
Montes (1996) señala que la Topografía es la ciencia que trata de los principios y métodos utilizados para determinar las posiciones relativas de puntos de la superficie terrestre. De hecho, Montes de Oca1 señala lo siguiente: “Es la ciencia que estudia el conjunto de procedimientos para determinar las posiciones de los puntos sobre la superficie de la tierra, por medio de medidas según los 3 elementos del espacio. Estos elementos pueden ser: dos distancias y una elevación, o una distancia, una dirección y una elevación.
La Topografía es una aplicación de la geometría por lo que se recomienda una revisión de los temas de geometría. Estos métodos definen la posición y las formas del suelo o terreno. Entonces el estudiante de la Topografía estudiará y aplicará los procedimientos para representar los accidentes que en él existen, ya sean naturales o artificiales. El medio usual para representar estos accidentes es el dibujo. (Fuentes, 2012)
Por otro lado, Alcántara (2014) establece que es una ciencia aplicada que se encarga de determinar las posiciones relativas o absolutas de los puntos sobre la Tierra, así como la representación en un plano de una porción (limitada) de la superficie terrestre; es decir, estudia los métodos y procedimientos para hacer mediciones sobre el terreno y su representación gráfica o analítica a una escala determinada. También ejecuta replanteos (trazos) sobre el terreno para la realización de diversas obras de ingeniería, a partir de las condiciones del proyecto establecidas sobre un plano.
Así también Fuentes (2012) señala que en cuanto a la extensión del levantamiento se puede dividir en topográficos y geodésicos, los levantamientos topográficos son relativamente
17 pequeños tramos la de superficie de Tierra, a la cual se la considera como si fuera plana, las dimensiones máximas no superan los 30 km por lado; en tanto, los levantamientos geodésicos abarcan grandes extensiones y obligan a tomar en cuenta la forma de la Tierra, considerándola como esfera o esferoide de revolución.
Entre la topografía y la geodesia hay diferencia en los métodos y procedimientos de medición y cálculo, pues la primera realiza sus trabajos en porciones relativamente pequeñas de la superficie terrestre, considerándola como plana, en tanto que la geodesia toma en cuenta la curvatura terrestre, y sus mediciones son sobre extensiones más grandes: poblados, estados, países, continentes o la Tierra misma. La representación gráfica de estas mediciones la realiza otra ciencia, la cartografía, que proyecta sobre un plano las partes del esferoide terrestre; en cambio el dibujo topográfico proyecta las medidas sobre una superficie en un plano. (Alcántara , 2014)
La topografía tiene un campo de aplicación extenso, lo que la hace sumamente necesaria. Sin su conocimiento no podría el ingeniero o arquitecto realizar sus proyectos. Sin un buen plano topográfico no es posible proyectar debidamente un edificio o trazar un fraccionamiento, ya que en principio la topografía ayuda a determinar los linderos de propiedad con sus divisiones interiores, la localización de vialidades y servicios municipales; la configuración del relieve del terreno con sus montes, valles, barrancos, bosques, pantanos, etc. y en general del conocimiento de todas aquellas particularidades del terreno necesarias para la implantación de un proyecto en el sitio designado. (Zamarripa, 2010)
2.1.2.2. Clases de errores
Los errores pueden dividirse en sistemáticos y accidentales.
Errores Sistemáticos: son aquellos que siguen siempre una ley definida física o matemática y mientras las condiciones en que se ejecutan las medidas permanezcan
18 invariables, tendrán la misma magnitud y el mismo signo algebraico, por tanto, son acumulativos. La magnitud de estos errores se puede determinar y se eliminan aplicando métodos sistemáticos en el trabajo de campo o correcciones a las medidas. Los errores sistemáticos pueden ser instrumentales, personales o naturales.
Son errores que se repiten constantemente en el transcurso de un experimento. Afecta a todas las mediciones de un modo definido y es el mismo para todas ellas. Las causas probables pueden ser: errores instrumentales (de aparatos), errores personales, error de la elección del método. (Universidad de Malaga, 2019)
Errores Accidentales: son los que obedecen a una combinación de causas que no alcanza el observador a controlar y para las cuales no es posible obtener correcciones; para cada observación la magnitud y signo algebraico del error accidental depende del azar y no pueden calcularse. Como todos los errores accidentales tienen las mismas probabilidades de ser positivos que negativos, existe cierto efecto compensador y por ello muchos de los errores accidentales se eliminan. Los errores accidentales sólo se pueden reducir por medio de un mayor cuidado en las medidas y aumentando el número de estas.
Son variaciones que aparecen entre observaciones sucesivas realizadas por un mismo operador. No existe una causa predeterminada para este tipo de errores siendo incontrolables para un observador. Alteran la medida realizada tanto por exceso como por defecto. El origen de estos errores accidentales puede ser el cambio durante el experimento de las condiciones en el entorno, errores de apreciación del observador, errores de precisión del aparato de medida, etc. (Universidad de Malaga, 2019)
Equivocaciones: una equivocación es una falta involuntaria originada por el mal criterio, falta de cuidado o de conocimientos, distracción o confusión en la mente del observador. Las equivocaciones no pertenecen al campo de la teoría de los errores y a
19 diferencia de estos, no pueden controlarse y estudiarse. Las equivocaciones se encuentran y se eliminan comprobando todo el trabajo.
Comprobaciones: en todo trabajo de topografía, se debe buscar siempre la manera de comprobar las medidas y los cálculos ejecutados. Esto tiene por objeto descubrir equivocaciones y errores para determinar el grado de precisión obtenido
Tolerancia: Se entiende por tolerancia el error máximo admisible en cualquier tipo de medida. Ejemplo: de ángulo, distancia y desniveles. (Garcia, 2003)
2.1.2.3. Escala
La escala de un plano, es la relación fija que todas las distancias en el plano guardan con las distancias correspondientes en el terreno. Como generalmente se indican dimensiones en el plano o mapa es necesario indicar la escala a que se ha dibujado.
La Escala puede ser:
1. Escala numérica.
2. Escala de correspondencia 3. Escala gráfica
1. Escala numérica: es una expresión que relaciona cualquier distancia medida en el plano con la distancia correspondiente medida sobre el terreno. Por lo general se expresa de la siguiente manera 1:500 y también en forma de quebrado con la unidad por numerador 1/500.
Figura 1. Escala matemática Fuente: (Escalante , 2017)
La escala matemática se expresa como:
𝑬𝒔𝒄𝒂𝒍𝒂 =
𝑳𝒐𝒏𝒈𝒊𝒕𝒖𝒅 𝒆𝒏 𝒆𝒍 𝒑𝒍𝒂𝒏𝒐 (𝒍)
𝑳𝒐𝒏𝒈𝒊𝒕𝒖𝒅 𝒆𝒏 𝒆𝒍 𝒕𝒆𝒓𝒓𝒆𝒏𝒐 (𝑳)
≡ 𝑬 =
𝒍
𝑳
20 La escala 1:500 nos indica que cualquier distancia que se mide en el plano o mapa, representa una distancia real 500 veces mayor en el terreno, así podemos decir que 1cm en el plano representa 500cm en el terreno, que 1 pulgada en el plano es igual a 500 pulgadas en el terreno, que 1 vara en el plano es igual a 500 varas en el terreno.
2. Escala de correspondencia: esta indica el número de unidades (centímetros, pulgadas, milímetros, etc) en el mapa o plano, que corresponde a otra unidad (kilómetros, millas, metros, etc.) en el terreno se representa con el signo de igualdad y las unidades son diferentes.
3. Escala gráfica: esta consiste en una línea recta graduada en unidades correspondiente a las medidas reales del terreno. Cualquier distancia en el plano puede compararse con esta regla (escala grafica) para determinar la distancia real que representa. La escala grafica para un plano con escala numérica de 1:100 000 seria de la siguiente manera.
Figura 2.Escala Gráfica Fuente: (Escalante , 2017)
Los cálculos de distancia, áreas, pendientes etc. se hacen a partir de la escala numérica casi exclusivamente. La escala gráfica se interpreta con facilidad y tiene la ventaja especial de que conserva su valor al ampliar o reducir un mapa o plano por medios fotográficos o cualquier otra técnica empleada en ampliación y reducción de planos. Es por esta razón que todo trabajo responsable debe llevar las dos escalas, la numérica y la gráfica (Escalante , 2017)
1.
21 2.1.3. Mareas
2.1.3.1. Definición
Para Sailantrip (2016) la marea es un fenómeno que se produce por el movimiento periódico de grandes masas de agua debido a la fuerza de atracción gravitatoria que ejercen las masas de la luna y el sol sobre la superficie de la tierra. Esta fuerza de atracción, en mucha mayor medida por la luna que por el sol, actúa combinada con la fuerza de inercia que genera la rotación de la tierra y que conocemos como fuerza centrífuga. El resultado de estas dos fuerzas es lo que conocemos como la marea.
La fuerza de atracción de la luna, al estar mucho más cerca de la tierra que el sol, es la fuerza o causa principal de la marea, siendo 2,3 veces superior a la del sol.
Ascenso y descenso periódicos de todas las aguas oceánicas, incluyendo las del mar abierto, los golfos y las bahías, resultado de la atracción gravitatoria de la Luna y del Sol sobre el agua y la propia Tierra (Leñiz, 2008).
Por lo cual Cadena (2012) establece que la marea es "La variación periódica del nivel de un cuerpo de agua que asciende y desciende en respuesta a las interacciones gravitacionales entre el Sol, la Luna y la Tierra". La marea astronómica se refiere al ascenso y descenso del nivel del agua producido exclusivamente por las interacciones gravitacionales entre la Tierra, la Luna y el Sol. Estas interacciones son periódicas y predictibles, mientras la marea meteorológica se refiere al ascenso y descenso del nivel del agua provocado por acción del viento y las fluctuaciones en la presión atmosférica. Aunque en términos científicos la palabra marea suele significar marea astronómica, en el uso corriente se utiliza para referirse a los cambios en el nivel del agua provocados por cualquier combinación de procesos astronómicos y meteorológicos.
22 Figura 3. La marea
Fuente: (Sailantrip, 2016) 2.1.3.2. El ciclo de la marea
Como bien sabemos, las mareas son los movimientos periódicos de ascenso y descenso de las aguas del mar. Sobre las causas que provocan este fenómeno volveremos con un poco más de detalle más adelante, aunque podemos adelantar ya que el estudio correcto y detallado de las causas de las mareas no es en absoluto trivial. De momento basta decir en esta introducción que la causa de las mareas es la atracción gravitatoria ejercida por la Luna y el Sol. El efecto de la primera es más importante, a pesar de que la Luna es mucho más pequeña que el Sol, debido a la proximidad de la Luna a la Tierra comparada con la distancia entre la Tierra y el Sol. (Sailantrip, 2016)
Es fácil de entender que la fuerza de la gravedad que la luna ejerce sobre la tierra hace elevar el nivel de las aguas del mar en la parte de la tierra que mira alineada hacia la luna, haciendo subir lo que llamamos la marea.
23 Ahora bien, la tierra tarda 24 horas en dar una vuelta completa así misma, es decir, que, desde el punto de vista de un observador, solo una vez cada 24 horas la tierra está alineada con la luna, y por lo tanto, sería de lógica pensar que debería haber una única marea alta a lo largo del día. Como sabemos, esto no ocurre así, a lo largo del día (24 horas) se producen dos mareas altas en un ciclo aproximado de 12 horas, con dos mareas bajas entre medias. ¿Por qué ocurre esto?
Figura 4. El ciclo de la Marea Fuente: (Sailantrip, 2016)
La tierra y la luna forman un sistema que gira alrededor de un centro de rotación, cuando la luna se encuentra sobre la vertical de un océano atrae las aguas y estas se elevan. En la cara opuesta de la tierra, el movimiento de rotación del sistema tierra-luna provoca una fuerza centrífuga que hace que las aguas también se eleven, provocando también una pleamar (de menor intensidad) en el lado opuesto al de la luna. Por el contrario, en los océanos de las caras no alineadas con la luna, las fuerzas gravitatorias y centrífugas se contrarrestan dando lugar a la marea baja o bajamar.
24 Para entender el ciclo de la marea correcto, debemos pensar que a la vez que la tierra gira sobre su propio eje en movimiento de rotación, la luna gira alrededor de la tierra en traslación, avanzando aproximadamente 12° diarios y tardando 29 días, 12 horas, 44 minutos y 3 segundos en completar su órbita. Este movimiento de traslación de la luna, hace que desde un punto de la tierra tardemos algo más de 24 horas en volver a estar alineados frente a la luna, más exactamente tardaremos 24 horas, 50 minutos y 28 segundos. Esto es lo que llamamos un día lunar y es el tiempo por el que se rige el ciclo de la marea.
Por lo tanto, y teóricamente hablando, el ciclo de la marea es de 12 horas, 25 minutos y 14 segundos entre pleamar y pleamar, y de 6 horas, 12 minutos y 37 segundos entre pleamar y bajamar. Estamos diciendo teóricamente, ya que la realidad no es tan puramente matemática. La tierra no está formada solo de agua, es una superficie irregular con continentes de tierra por el medio que hacen efecto de interferencias en la marea, la geometría de las costas también afecta, el perfil de profundidad de cada costa, las tormentas, las corrientes oceánicas, el viento, la latitud a la que esté situado un punto determinado e incluso la presión atmosférica.
2.1.3.3. Mareas vivas, mareas muertas
Durante las fases de luna llena y luna nueva, la Luna y el Sol están alineados y sus efectos se suman, se trata de las mareas vivas. En ellas se produce la mayor diferencia entre la pleamar y la bajamar. Se producen cada 14 días, es decir dos veces al mes. Existe un comprobado aumento en la actividad de los peces cuando se producen mareas vivas, sobre todo si estas coinciden con el amanecer o el ocaso, siendo éstos los días más propicios para la pesca. Durante las fases de cuarto creciente y cuarto menguante, por el contrario, los efectos se restan, obteniéndose mareas de menor amplitud (diferencia entre altamar y bajamar), denominadas mareas muertas. El movimiento en los fondos marinos suele ser menor y normalmente resultan días menos propicios para la pesca que los días con mareas vivas (Ies, 2011)
25 Como también lo señala Mederos (2009) la altura de la marea o mejor dicho, su amplitud, varía en función de la posición de la luna y el sol con respecto a la tierra. Cuando la luna y el sol se encuentran alineados con la tierra (luna nueva o luna llena), es cuando se produce la mayor fuerza de atracción y por tanto las mareas son más altas y las pleamares son las de mayor valor “mareas vivas” esto ocurre en mayor medida con la luna nueva. Por el contrario, cuando la luna, la tierra y el sol forman un ángulo recto (luna en cuarto creciente o cuarto menguante) la fuerza de atracción de la gravedad resulta mínima, siendo las mareas menores, también llamadas “mareas muertas”.
Así definimos:
Marea alta o pleamar: Cuando el agua del mar alcanza el máximo nivel dentro del ciclo de la marea.
Marea baja o bajamar: Cuando el nivel del agua del ciclo de la marea alcanza su mínimo nivel.
Hora de la pleamar: Instante en que ocurre la pleamar o momento de mayor amplitud del nivel del mar en un punto determinado.
Hora de la bajamar: Instante en que ocurre la bajamar o menor amplitud del nivel del mar en un punto determinado.
Vaciante: Es el periodo entre la pleamar y la bajamar.
26 Figura 5. Mareas Vivas y muertas
Fuente: (Portillo , 2018) 2.1.3.4. Mareógrafo
El mareógrafo es un instrumento que se usa para registrar y medir las oscilaciones del nivel del mar (mareas). Existen varios tipos de mareógrafos por principio de funcionamiento, así tenemos: mareógrafo de flotador, de presión, acústicos y radáricos (Marina de guerra del Perú, 2013).
27 Figura 6 Tipos de mareógrafos: flotador, presion y radar
(Marina de guerra del Perú, 2013) Clasificación
Reglas graduadas
Es el más primitivo de estos instrumentos, está compuesto por reglas graduadas que se disponen sobre la playa permitiendo registrar en forma visual la altura del mar en intervalos de tiempo previamente fijados, si se desea instalar en muelles, las reglas se fijan a los pilotes.
Mareógrafo de flotador
Tiene como principio de funcionamiento que el descenso o la subida de un flotador al amparo de las olas, acciona mecánicamente un estilete inscriptor que se desliza sobre el gráfico arrollado en el tambor de un mecanismo de relojería. En los instrumentos más perfeccionados se reemplaza la transmisión mecánica por una transmisión eléctrica, que ofrecen la ventaja de comunicar las medidas a larga distancia.
28
Mareógrafo de presión
Este instrumento presenta un recipiente con aire fijado en el fondo. Al variar la altura del agua, varía también la presión del aíre en el depósito, esta repercute en un manómetro de Mecurio (elemento químico sobre el cual baja o sube el flotador del dispositivo inscriptor.
Actualidad
Actualmente el nivel del mar se puede medir desde los satélites. Un altímetro mide la distancia entre el satélite y la superficie del mar. Si la posición del satélite se conoce exactamente esto resulta en una medición del nivel del mar. Los altímetros modernos han alcanzado una precisión mejor de 5 cm. La cobertura global proporcionada por los satélites permite la verificación de los modelos globales de marea. Cuando se sustrae las mareas, las observaciones aportan información sobre la forma de la superficie del mar y, con el uso del principio de geostrofía, sobre la circulación oceánica a gran escala. (Galiana, 1988, pág. 1)
2.1.3.5. Nivelación y vinculación de las mediciones de mareas
Las observaciones del nivel del mar deben ser vinculadas a un datum de referencia, motivo por el cual, las estaciones mareográficas cuentan con un sistema de marcas de nivelación (BMs). Estas marcas reciben la denominación de “cotas de nivelación de la marea” y sirven de base para las elevaciones que se prolongan por medio de niveles a otras numerosas marcas establecidas en diversos lugares del país, que a su vez conforman la Red Nacional de Nivelación Geodésica.
Las estaciones mareográficas primarias están compuestas por una red de 6 BMs; mientras que, para el caso de las mediciones de corto periodo o estaciones mareográficas temporales, se deberá contar como mínimo con 2 BMs.
Para estas mediciones de mareas de corto periodo, se deben establecer 2 BMs en el área inmediata de instalación del mareógrafo, el primero se ubicará cerca al mareómetro y el
29 segundo a 100 m del lugar, que podrá variar de acuerdo a las condiciones locales. Estos BMs o marcas deberán estar claramente identificadas con una adecuada inscripción, y documentadas mediante una descripción de las mismas alturas que tendrán como referencia el Nivel Medio del Mar (NMM) y el Nivel Medio de Bajamares de Sicigias Ordinarias (NMBSO), respectivamente.
Figura 7. Esquema de ubicación de una Red de BMs de una Estación Mareográfica. Fuente: (Marina de guerra del Perú, 2013)
El método empleado es la nivelación diferencial, el cual es un método preciso que consiste en la determinación de diferencias de alturas o cotas de dos puntos determinado por medio de un instrumento llamado nivel, realizando lecturas horizontales sobre una regla graduada vertical (mira) la misma que se ubica en los diferentes puntos a los que se desea determinar sus alturas.
30 Figura 8.Esquema de nivelación de la Red de BMs
Fuente: (Marina de guerra del Perú, 2013) 2.1.3.6. Planos de referencia mareográficos
Los planos o niveles de referencia de la marea son aquellos planos que se infieren en base al fenómeno de ascenso y descenso periódico del nivel del mar, recibiendo cada uno de ellos una denominación particular; a partir de ellos, se determinan las alturas de los accidentes topográficos y las profundidades del mar, además en la determinación de terrenos ribereños para el establecimiento de linderos y el diseño de estructuras en zonas costeras.
Estos niveles son calculados teniendo como base la data histórica de las estaciones mareográficas instaladas a lo largo de la línea de costa, cuya información incluye un ciclo nodal lunar (18,61 años), considerando todas las variaciones astronómicas significativas. Sin embargo, para el caso de mediciones de mareas de corto periodo, se obtendrán los valores de
31 los niveles de referencia, debiéndose correlacionar con la información de las estaciones mareográficas primarias más cercanas.
Los planos de referencia mareográficos son los siguientes:
Nivel de Más Alta Marea (NMAM ó LAM).- La obtención de este nivel corresponde al valor máximo registrado durante un ciclo nodal lunar. Nivel que corresponde a la Línea de Más Alta Marea, empleado en la determinación de terrenos ribereños para el establecimiento de linderos y el diseño de estructuras en zonas costeras.
Nivel Medio de Pleamares de Sicigias Ordinarias (NMPS). - Este nivel corresponde a la media aritmética de las alturas de pleamares que ocurren al momento de las mareas de sicigia, es decir aquellas que se presentan un día o dos, después de la luna nueva o llena, observadas durante un ciclo nodal lunar.
Nivel Medio de Pleamares Superiores (NMPS). - Es la altura promedio de las pleamares superiores durante un período nodal lunar. Nivel utilizado en los cálculos de alturas para los diseños de muelles, espigones, malecones, etc.
Nivel Medio de Pleamares (NMP). - Es la altura media de las pleamares durante un período o ciclo nodal lunar.
Nivel Medio del Mar (NMM). - Este plano es utilizado en la red de nivelación en todo el país, considerado como el Nivel “0” de referencia topográfico. La determinación de este plano, corresponde a la media aritmética de las alturas de la marea observadas en un lugar, en forma continua, separadas por el mismo intervalo de tiempo, y durante un ciclo nodal lunar.
Nivel Medio de Bajamares (NMB). - Es la altura promedio de las bajamares en un período o ciclo nodal lunar.
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Nivel Medio de Bajamares Inferiores (NMBI). - Es la altura promedio de las bajamares inferiores durante un ciclo nodal lunar.
Nivel Medio de Bajamares de Sicigias Ordinarias (NMBSO). - Este plano es el nivel de reducción de sondajes, considerado como el Nivel “0” de referencia hidrográfico. La determinación de este plano, corresponde a la media aritmética de las alturas de bajamares que ocurren al momento de las mareas de sicigia, es decir aquellas que se presentan un día o dos, después de la luna nueva o llena, observadas durante un ciclo nodal lunar.
Nivel de Más Baja Marea (NMBM). - Este nivel corresponde al valor mínimo registrado durante un ciclo nodal lunar. Nivel que generalmente se emplea como Línea de Base Normal, desde la cual se determina el ancho del mar territorial y otras zonas marítimas.
Figura 9.Esquema representativo de los niveles de referencia mareográficos Fuente: (Marina de guerra del Perú, 2013)